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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

MARIA EDUARDA FANTIN DACHERI

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE CONCRETOS COM POLITEREFTALATO DE ETILENO SUBMETIDOS A ELEVADAS

TEMPERATURAS

Alegrete 2019

MARIA EDUARDA FANTIN DACHERI

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE CONCRETOS COM

POLITEREFTALATO DE ETILENO SUBMETIDOS A ELEVADAS TEMPERATURAS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Simone Dornelles Venquiaruto Coorientador: Marcelo de Oliveira

Alegrete 2019

Dedico este trabalho a minha irmã, Isadora

e ao meu namorado, Fabiano, por todo

amor e compreensão durante minha

jornada.

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus familiares que, embora não tenhamos passado muito

tempo juntos nos últimos anos, certamente estavam presentes em pensamento.

A minha irmã Isadora, por entender mesmo pequena os motivos que me

fizeram sair de casa e buscar um futuro melhor, sendo minha motivação todos os dias.

Ao meu namorado Fabiano Oliveira, que foi o meu maior incentivador, não

permitindo que eu desistisse nos momentos difíceis, pela ajuda no laboratório e pela

paciência, compreensão e amor durante todo este período, não teria conseguido sem

você.

Aos meus avós, pelas orações, cuidado e amor que transmitiram a mim durante

toda a minha vida.

Aos meus amigos e colegas, que dividiram experiências, incentivos e apoio

durante esta jornada.

Aos professores por todo o ensinamento transmitido ao longo do curso. Em

especial a minha orientadora Dra. Simone Dornelles Venquiaruto pelo tempo dedicado

a mim, pela transmissão de ensinamentos e palavras de incentivo, que tornaram esse

trabalho possível e ao meu coorientador Eng. Marcelo de Oliveira pelo conhecimento

transmitido e auxílio durante todos os ensaios realizados.

Aos técnicos Raquel e Luizele por todo o suporte durante a realização dos

ensaios.

“Aprendi que depois de dar o primeiro

passo, tanto faz se o próximo for para

frente ou para trás, a marca da primeira

pisada vai ficar no mesmo lugar”.

Autor desconhecido

RESUMO

A construção civil atualmente consome grande quantidade de recursos

naturais, sendo responsável por parte da degradação ambiental que ocorre no mundo.

Em função da necessidade de reverter ou minimizar esse cenário, a introdução de

novos materiais em matrizes cimentícias - como o Politereftalato de Etileno (PET) -,

tem se mostrado uma boa opção. No entanto, para que seu uso seja difundido é

necessário avaliar as propriedades da matriz cimentícia com a incorporação desse

material e o seu comportamento frente aos ambientes agressivos, ao qual o concreto

pode ser exposto durante sua vida útil. Um incêndio se enquadra nesse contexto, pois

ao ser submetido a elevadas temperaturas, o concreto passa por transformações que

podem comprometer a capacidade de suporte da estrutura, podendo levá-la ao

colapso. Diante do exposto, o presente trabalho tem como intuito avaliar, algumas

propriedades mecânicas e de durabilidade de concretos produzidos com substituição

parcial de areia natural por areia de PET submetidos a distintos gradientes de

temperatura. A partir de um traço referência (sem PET), realizou-se a confecção de

mais dois concretos com substituição parcial em volume (teores de 20% e 50%) da

areia natural por areia de PET. Após a confecção dos concretos e cura submersa por

28 dias, os concretos foram expostos a diferentes gradientes temperaturas (200°C,

400°C e 900°C), para posteriormente terem suas propriedades avaliadas. Verificou-

se que os concretos sofreram perda significativa das propriedades mecânicas e de

durabilidade quando expostos a temperaturas superiores a 400°C. Os resultados

indicaram que a substituição parcial de areia de PET no teor de 20% apresentaram

resultados de resistência à compressão axial semelhantes ao traço referência, não

havendo redução expressiva dessa propriedade ao serem expostos até a temperatura

de 400°C. No entanto, o traço com substituição de 50% de areia de PET se mostrou

inviável, pela redução significativa das propriedades avaliadas.

Palavras-Chave: Concreto, areia de PET, incêndio, altas temperaturas.

ABSTRACT

Civil construction currently consumes a large amount of natural resources,

being responsible for part of the world’s environmental degradation. The introduction

of new materials in cementitious matrix - such as Ethylene Polyerephthalate (PET) -

has been a good option to reverse or minimize this scenario. However, to spread its

use it is necessary to evaluate the properties of cementitious matrix with the

incorporation of this material and its behavior against aggressive environments, to

which concrete can be exposed during its useful life. A fire fits into this context,

because when subjected to high temperatures, the concrete undergoes

transformations that can compromise the carrying capacity of the structure, which can

lead it to collapse. Considering the above, the present work aims to evaluate some

mechanical and durability properties of concrete produced with partial replacement of

natural sand by PET aggregate, submitted to different temperature gradients. From a

reference trait (without PET), two more concrete were made, which have partial volume

replacement (20% and 50%) of the natural sand by PET aggregate. After the

concreting and submerged curing for 28 days, the concretes were exposed to different

temperature gradients (200°C, 400°C and 900°C), so that after they had their

properties evaluated. It was verified that the concrete has been suffer significant loss

of mechanical properties and durability when exposed to temperatures above 400 ° C.

The results have indicated that the partial substitution of 20% PET aggregate have

presented axial compressive strength results similar to the reference trait, without

significant reduction of this property when exposed to 400°C. However, the 50%

substitution trait of PET aggregate proved unfeasible, due to the significant reduction

of the evaluated properties.

Keywords: Concrete, PET aggregate, fire exposed, high tempetures.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Alguns dos principais incêndios do Brasil. ................................................ 19

Figura 2 - Tipos de água associados aos silicatos de cálcio hidratados. .................. 23 Figura 3 - Lascamento na estrutura. ......................................................................... 28 Figura 4 - Esquema do Programa Experimental ....................................................... 31 Figura 5 - Agregados miúdos .................................................................................... 33 Figura 6 - Curva granulométrica da areia natural ...................................................... 35

Figura 7 - Curva granulométrica da areia de PET ..................................................... 35 Figura 8 - Composição das areias ............................................................................. 36 Figura 9 - Curva granulométrica da composição com 20% de PET .......................... 37

Figura 10 - Curva granulométrica da composição com 50% de PET ........................ 38 Figura 11 - Curva granulométrica do agregado graúdo ............................................. 39 Figura 12 - Corpos de prova desmoldados ............................................................... 42 Figura 13 - Abatimentos do tronco cone dos traços estudados................................. 43 Figura 14 - Forno elétrico Sanchis ............................................................................ 44

Figura 15 - Equipamento de propagação de onda ultrassônica ................................ 46 Figura 16 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço referência ....................... 49 Figura 17 - Fissuras na superfície do traço referência após a exposição a 900°C ... 49

Figura 18 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço 20% de PET ................... 50 Figura 19 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço 50% de PET ................... 51 Figura 20 - Velocidade de onda ultrassônica dos traços estudados ......................... 52

Figura 21 - Resistência à compressão axial média dos traços estudados ................ 53 Figura 22 - Resistência à compressão axial em função do teor de PET ................... 55

Figura 23 - Resistência à compressão axial em função da temperatura ................... 56 Figura 24 - Absorção de água e índice de vazios a 23°C ......................................... 58

Figura 25 - Absorção de água e índice de vazios a 200°C ....................................... 58 Figura 26 - Absorção de água e índice de vazios a 400°C ....................................... 59

Figura 27 - Absorção de água e índice de vazios a 900°C ....................................... 59 Figura 28 - Absorção de água por imersão a total média dos traços estudados ....... 60 Figura 29 - Absorção de água por imersão total em função do teor de PET ............. 61 Figura 30 - Absorção de água por imersão total em função da temperatura ............ 62

Figura 31 - Traços estudados nas temperaturas de 23°C e 200°C ........................... 63 Figura 32 - Traços estudados na temperatura de 400°C .......................................... 64 Figura 33 - Impurezas presentes no concreto ........................................................... 64 Figura 34 - PET no interior do concreto a 400°C....................................................... 65

Figura 35 - Traços estudados na temperatura de 900°C .......................................... 65 Figura 36 - Vazios ocasionados pela degradação da areia de PET superficial ......... 66 Figura 37 - PET no interior do concreto -Traço 50PET- submetido a uma temperatura de 900°C ................................................................................................................... 67

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Levantamento dos principais incêndios no Brasil. ................................... 20

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Exigências físicas, mecânicas e químicas do cimento Portland CPIV - 32 .................................................................................................................................. 32

Tabela 2 - Caracterização da areia natural ............................................................... 34 Tabela 3 - Caracterização da areia de PET .............................................................. 34 Tabela 4 - Caracterização da composição com 20% de areia de PET ..................... 36 Tabela 5 - Caracterização da composição com 50% de areia de PET ..................... 37 Tabela 6 - Caracterização do agregado graúdo ........................................................ 39

Tabela 7 - Traços utilizados para a produção dos concretos. ................................... 41

Tabela 8 - Quantitativo de corpos-de-prova (CPs) por tipo de ensaio ....................... 42

Tabela 9 - Trabalhabilidade dos traços ..................................................................... 43 Tabela 10 - Temperaturas e umidades relativas do ar durante as moldagens. ......... 43 Tabela 11 - Tempo de permanência na mufla. .......................................................... 45 Tabela 12 - Massa específica dos concretos no estado fresco ................................. 47

Tabela 13 - Massa específica seca ........................................................................... 48 Tabela 14 - Análise ANOVA da resistência à compressão axial ............................... 54 Tabela 15 - Análise ANOVA da resistência à compressão axial até 400°C .............. 56

Tabela 16 - Teste de Duncan ................................................................................... 57 Tabela 17 - Análise ANOVA da absorção de água por imersão total ........................ 61

Tabela 18 - Análise ANOVA de absorção de água por imersão total até 400°C ....... 62 Tabela 19 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação ao teor de PET .................................................................................................................................. 69 Tabela 20 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação a temperatura de 23°C a 400°C ............................................................................................................ 69

Tabela 21 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação a temperatura de 400°C a 900°C .......................................................................................................... 70

LISTA DE SIGLAS

ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland

ABIPET - Associação Brasileira da Indústria de PET

NBR - Norma Brasileira

PET - Politerftalato de Etileno

PPCI - Planos de Proteção e Prevenção Contra Incêndios

TRRF – Tempo Requerido de Resistência ao Fogo

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 15

1.1 Objetivos ....................................................................................................... 17

1.1.1 Objetivo geral ................................................................................................ 17

1.1.2 Objetivos específicos ................................................................................... 17

1.2 Justificativa ................................................................................................... 17

1.3 Estrutura do trabalho ................................................................................... 18

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 19

2.1 O incêndio e as suas consequências no Brasil ......................................... 19

2.2 Obras de engenharia e o risco de incêndio ................................................ 21

2.3 Comportamento dos materiais componentes do concreto em elevadas

temperaturas ............................................................................................................ 23

2.3.1 Água ............................................................................................................... 23

2.3.2 Pasta de cimento Portland ........................................................................... 24

2.3.3 Agregados ..................................................................................................... 25

2.3.4 Aço ................................................................................................................. 25

2.4 Alterações na estrutura do concreto em elevadas temperaturas ............ 26

2.4.1 Lascamento do concreto a elevadas temperaturas ................................... 27

2.5 Concretos com materiais alternativos submetidos a elevadas

temperaturas ............................................................................................................ 29

3 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................. 31

3.1 Materiais ........................................................................................................ 32

3.1.1 Cimento Portland .......................................................................................... 32

3.1.2 Agregados miúdos ....................................................................................... 33

3.1.3 Agregado graúdo .......................................................................................... 38

3.1.4 Água ............................................................................................................... 40

3.1.5 Aditivo ............................................................................................................ 40

3.2 Procedimento de dosagem .......................................................................... 40

3.2.1 Produção dos concretos .............................................................................. 41

3.2.2 Aquecimento dos concretos a diferentes temperaturas ........................... 43

3.3 Propriedades mecânicas e de durabilidade dos concretos no estado

endurecido ............................................................................................................... 45

3.3.1 Ensaios de velocidade de propagação de onda ultrassônica .................. 45

3.3.2 Resistência à compressão axial .................................................................. 46

3.3.3 Absorção de água por imersão total ........................................................... 46

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................... 47

4.1 Massa específica do concreto ..................................................................... 47

4.2 Ensaios de velocidade de propagação de onda ultrassônica .................. 48

4.3 Resistência à compressão axial .................................................................. 52

4.4 Absorção de água por imersão total ........................................................... 57

4.5 Análise visual das amostras ........................................................................ 62

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 68

5.1 Sugestões para trabalhos futuros ............................................................... 70

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 71

APÊNDICES ............................................................................................................. 76

15

1 INTRODUÇÃO

De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP a indústria

da construção civil no Brasil entre os anos de 2005 a 2012 passou por um rápido

crescimento devido ao desenvolvimento do país, estima-se que o aumento na

produção de concreto alcançou 180%. Após 2014, devido ao momento financeiro do

país, a construção civil teve uma queda na produção, causando uma instabilidade no

setor, porém os índices de desenvolvimento na construção voltaram a subir

gradativamente desde 2018 e as previsões para o setor mostram-se otimistas.

É de consenso geral que a construção civil é responsável por parte da

degradação ambiental, considerando a extração de recursos minerais e a produção

de resíduos. Atualmente, existe uma preocupação geral de tentar minimizar a

degradação do meio ambiente.

O impacto que a extração de minerais tem no equilíbrio ambiental torna-se

preocupante a medida que as ações humanas são refletidas em alguns processos

naturais que ocorrem no ecossistema. Nesse contexto, Canellas (2005) salienta que

devido a areia possuir pouco valor aquisitivo, e ter sua substituição de maneira

rentável difícil, é amplamente utilizada na construção civil, sendo sua extração

possível causadora de impactos no meio ambiente, podendo provocar erosão na

margem de rios, além de diminuir a função que possuem de filtro físico e biológico

para as águas subterrâneas.

A construção civil apesar de impactar o ambiente, também permite a

incorporação de materiais alternativos e novas técnicas construtivas. No entanto, é

necessário o aprimoramento de pesquisas, para que os materiais alternativos que

apresentem potencialidade para uso, possam ter seu uso validado e difundido no

mercado.

A utilização de materiais alternativos como o politereftalato de etileno,

conhecido como PET, vem sendo estudado por alguns pesquisadores (Jardim (2016),

Moura (2017), Della Flora et al. (2018)) com alguns resultados promissores.

O uso do politereftalato de etileno tem aumentado nas últimas décadas e seu

descarte na maioria das vezes não é realizado de forma adequada, tornando

necessário a descoberta de um novo destino para esse material. Segundo a

Associação Brasileira da Indústria de PET – ABIPET, foram consumidas cerca de 720

16

mil toneladas de embalagens de PET em 2014 e somente 314 mil toneladas foram

recicladas, o que equivale a cerca 44%. Atualmente estima-se que 51% das

embalagens descartadas no Brasil são recicladas, apesar da taxa crescente de

reciclagem, a implementação de novas utilizações para o material ainda é importante,

pois o PET demora cerca de 400 anos para se decompor na natureza.

Pesquisas de Jardim (2016) com complementação de Della Flora et al. (2018),

constataram que a substituição parcial do agregado miúdo natural por areia de PET é

viável até uma porcentagem de substituição de aproximadamente 20%, não alterando

significativamente as propriedades mecânicas do concreto obtido, sendo assim sua

utilização se torna benéfica em relação ao meio ambiente. Apesar de ter resultados

positivos nos primeiros estudos, é necessário que outras propriedades do concreto

sejam avaliadas, principalmente ás relacionadas com a durabilidade do material,

considerando o meio que a estrutura está inserida. Uma edificação está sujeita ações

imprevisíveis e excepcionais, como um incêndio. Essas situações devem ser

consideradas e analisadas, principalmente quanto se pretende validar o uso de um

novo material.

Os incêndios sempre são motivos de preocupação, já que é uma ação

imprevisível que pode gerar danos catastróficos, como perdas de vida e colapso da

estrutura (MARCELLI, 2007). O concreto por ser um material incombustível e possuir

baixa condutividade térmica apresenta um comportamento melhor que outros

materiais, como o aço, que acima de 400ºC perde sua resistência rapidamente.

No entanto, o concreto sofre alterações na sua estrutura quando exposto a

elevadas temperaturas, dependendo do grau de exposição e a taxa de temperatura

com qual o concreto foi submetido, ele pode sofrer deformações, fissuração e

dilatações térmicas, que comprometem a segurança da edificação. Além disso, há

pouco conhecimento das consequências da ação do fogo nos novos materiais que

estão sendo utilizados na construção civil.

Perante o exposto, o presente trabalho tem o intuito de avaliar o

comportamento e as propriedades mecânicas do concreto com substituição parcial de

areia de PET, submetidos a elevadas temperaturas, a fim de comparar com o concreto

convencional e assegurar a viabilidade de seu uso.

17

1.1 Objetivos

Os objetivos que norteiam esse trabalho são apresentados nos itens 1.1.1 e

1.1.2, respectivamente.

1.1.1 Objetivo geral

Avaliar o comportamento mecânico e durabilidade de concretos com

substituição parcial de areia natural por diferentes teores de areia de Politereftalato de

Etileno (PET) submetidos a elevadas temperaturas após a idade de 28 dias.

1.1.2 Objetivos específicos

Avaliar a propriedade de resistência à compressão axial de concretos com e

sem a substituição de PET após exposição a elevadas temperaturas, conforme

a norma NBR 5739 (ABNT, 2007).

Avaliar a velocidade de propagação de onda ultrassônica de concretos com e

sem substituição de PET antes e após a exposição a elevadas temperaturas,

conforme a norma NBR 8802 (ABNT, 2019).

Avaliar a absorção de água por imersão total de concretos com e sem

substituição de PET após exposição a elevadas temperaturas, conforme a

norma NBR 9778 (ABNT, 2009).

1.2 Justificativa

Atualmente buscam-se alternativas que possam melhorar os impactos gerados

no meio ambiente pela construção civil, seja utilizando materiais alternativos ou

reduzindo a extração de recursos naturais.

A substituição parcial de agregado miúdo por areia de PET está atrelada tanto

na incorporação de um novo material, barato e que possui quantidade exorbitante,

muitas vezes sem um destino adequado, quanto ao fato de contribuir para a

diminuição da extração desenfreada de areia para o setor da construção civil.

Diante de pesquisas (Canellas (2005), Jardim (2016), Duó (2017)), que têm

comprovado a eficácia desse material frente a esforços mecânicos de compressão,

tanto em argamassa quanto em concreto, surge a necessidade de conhecer sua

18

durabilidade frente a um ambiente agressivo, para que seja possível difundir o seu

uso.

Para a validação de um material alternativo, diferentes estudos devem ser

realizados, a fim de que se conheçam as modificações que esse material proporciona

nas propriedades e comportamento da matriz cimentícia, a qual muda de acordo com

o tipo de exposição que está sujeita.

A elevação da temperatura de elementos de concreto causada por um incêndio,

tem a capacidade de alterar as características na matriz cimentícia, modificando a

microestrutura e a porosidade, podendo gerar fissuras e lascamentos,

comprometendo a durabilidade do elemento, assim como a segurança de pessoas

quando analisado em relação a uma edificação.

Em função do exposto, o estudo das propriedades do concreto com substituição

parcial de areia natural por areia de PET submetidos a elevadas temperaturas,

justificam a relevância dessa pesquisa.

1.3 Estrutura do trabalho

O presente trabalho está estruturado em três capítulos. O primeiro capítulo

apresenta a introdução, o objetivo principal, os objetivos específicos e a justificativa

da pesquisa. O capítulo dois apresenta a fundamentação teórica acerca do assunto,

e o capítulo três, a metodologia que será adotada para alcançar os objetivos

apresentados e o cronograma com as atividades a serem desenvolvidas. Por fim,

apresenta-se as referências bibliográficas consultadas.

19

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Os itens 2.1 a 2.4 apresentam a revisão bibliográfica que embasará a pesquisa

desse trabalho.

2.1 O incêndio e as suas consequências no Brasil

O incêndio é considerado uma força destrutiva causada pela propagação de

fogo indesejado, que causa milhares de mortes todos os anos, além de causar uma

perda financeira considerável, devido à perda de propriedade (BUCHANAN, 2017).

Marcelli (2007) define o incêndio como um evento de grande complexidade, o

relacionando com o crescimento tecnológico do país, que influência o uso de

equipamentos e materiais combustíveis, além do uso de materiais alternativos como

divisórias e forros leves altamente inflamáveis.

Apesar das pessoas não esperarem que ocorra em suas residências ou locais

de trabalho, um incêndio pode ocorrer em qualquer tipo de construção, a qualquer

momento (BUCHANAN, 2017). Marcelli (2007) destaca que apesar de todo o

investimento na segurança contra incêndio, não há como garantir a segurança da

estrutura, assim como a das pessoas.

O Brasil possui um histórico de grandes incêndios com consequências graves

pois além do dano material, proveniente do colapso das estruturas, provocaram a

perda de vidas humanas. A Figura 1 apresenta algumas edificações acometidas por

incêndios e o Quadro 1 apresenta um resumo dos principais incêndios em estruturas

de concreto armado ocorridos no Brasil ao longo dos anos, com as suas prováveis

causas e consequências.

Figura 1 - Alguns dos principais incêndios do Brasil.

20

Quadro 1 - Levantamento dos principais incêndios no Brasil.

Ano Local Causa Outras Informações Consequências Fonte

1972 Edifício Andraus

Provavelmente devido a uma sobrecarga no sistema elétrico.

O incêndio iniciou no segundo pavimento e posteriormente se alastrou para todo o edifício, atingindo 5 edifícios vizinhos.

Danos materiais. 16 mortes. 330 pessoas feridas. 300 pessoas resgatadas.

Folha de São Paulo

(2017)

1974 Edifício Joelma

Curto-circuito no 12º andar.

O edifício possuía 25 andares, a maioria ocupados por escritórios que possuíam diversos materiais inflamáveis, como carpetes, divisórias e móveis de madeira. O edifício não possuía saídas de emergência e nem um local apropriado para o pouso de helicópteros.

Danos materiais. 188 mortes.

Jovem Pan (2015)

1987

O Edifício CESP-

Companhia Energética

de São Paulo

Devido ao mal funcionamento de um reator de lâmpada fluorescente no primeiro bloco.

O edifício era composto por dois blocos e por ação da radiação térmica o fogo se propagou para o outro bloco, causando vários focos de incêndio em locais espalhados.

Colapso na estrutura, que resultou na ruína parcial do edifício. 1 morto. 300 feridos.

Zona de Risco (2014)

2004

Edifício Herm Stoltz

Provavelmente devido a um curto-circuito.

Gerou explosões causadas pelo superaquecimento dos gases em combustão. O fogo só foi totalmente extinguido 27 horas depois do início.

Danos materiais. Destruição dos últimos 6 andares do edifício.

Folha de São Paulo

(2004)

2013 Boate Kiss

O uso de um sinalizador provocou fogo na espuma de isolamento acústico no teto, gerando uma fumaça altamente tóxica.

Os extintores não funcionaram e os alvarás de funcionamento do local estavam vencidos.

Danos materiais. 242 mortos. 636 feridos.

O Globo (2013)

2018

Edifício Wilson

Paes de Almeida

Curto-circuito no 5º andar.

O edifício apresentava ocupação irregular, não possuindo extintores de incêndio, além de possuir instalações elétricas clandestinas.

Colapso da estrutura. 7 mortos. Dano nas edificações vizinhas.

G1 SP (2019)

2018 Museu

Nacional

Sobreaquecimento de ar condicionado causado por curto circuito.

Apresentava deficiências na segurança contra incêndio e na infraestrutura.

Perda de 90% do acervo.

Correio Braziliense

(2018)

https://www.correiobraziliense.com.br/app/noticia/brasil/2018/01/27/internas_polbraeco,656075/tragedia-da-boate-kiss-completa-cinco-anos-sem-culpados.shtml






21

Sousa e Silva (2015) relembram que antes dos incêndios dos edifícios Andraus

e Joelma não haviam normas rígidas de segurança contra o fogo, pois não haviam

ocorridos grandes incêndios com grande quantidade de perda de vidas que

preocupassem as autoridades.

Incêndios nos últimos anos como o na Boate Kiss, no edifício Wilton Paes de

Almeida e no Museu Nacional tem reacendido a importância da cobrança das

autoridades em relação as regulamentações dos planos de proteção e prevenção

contra incêndios – PPCI.

O PPCI não garante total segurança contra o fogo, porém é responsável pelo

primeiro combate, dificultando a propagação do fogo por meio das tentativas de

extinguir as chamas. Menegon (2017) ressalta que o conhecimento do comportamento

da estrutura durante e após o incêndio é de suma importância não só para o

aperfeiçoamento de normas vigentes, bem como para nortear o trabalho dos órgãos

fiscalizadores.

2.2 Obras de engenharia e o risco de incêndio

A segurança humana na presença do fogo deve ser considerada em todos os

projetos, seja residencial, público ou industrial. O comportamento real da edificação

em contato com o fogo depende de muitos fatores que se ligam entre si, sendo dever

do projetista uma análise precisa (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

É possível reduzir os riscos de incêndio, porém nem sempre podem ser

evitados, sendo assim várias estratégias foram criadas para reduzir o dano causado

e impedir que o colapso da estrutura aconteça, como o uso de aspersores automáticos

de incêndio, equipamentos de detecção e alerta de incêndio, saídas de emergência e

estruturas com função corta-fogo, que garantem o isolamento térmico e a

estanqueidade à passagem de chamas (BUCHANAN, 2017).

Em edificações de concreto que possuam uma resistência convencional, o

colapso está associado ao fato da estrutura não conseguir absorver todas as

deformações térmicas horizontais causada pelo aumento de temperatura da

estrutura, e dificilmente a perda da resistência causará o colapso (LIMA, R., 2005).

Apesar disso, Souza (2010) afirma que o aumento de temperatura ocasiona ao

22

concreto, lascamentos superficiais e fissuras, que podem gerar escoamento do aço

da armadura, prejudicando a resistência da estrutura.

O processo que envolve o fogo, é formado por uma reação química entre

combustível e o oxigênio (DRYSDALE, 1999). A reação é acionada por uma fonte de

calor, que promove uma reação em cadeia até a extinção de um dos componentes.

Marcelli (2007) afirma que a duração do sinistro está diretamente ligada a quantidade

de materiais combustíveis e na quantidade de oxigênio que pode entrar no ambiente

No início do incêndio, ao começo da ignição, a temperatura passa a aumentar

gradualmente, período conhecido com pré-flashover (BUCHANAN, 2017). Durante

essa etapa, as chamas estão no material combustível onde se iniciou a combustão e

através da transferência de calor - condução, convecção e radiação - se propaga

para todo o ambiente (LIMA, R., 2005).

Em um ambiente fechado, a intensidade das chamas aumenta até que todo os

materiais estejam expostos ao fogo, é denominado flashover o curto espaço de tempo

onde todos os materiais estão em combustão, a partir desse ponto a intensidade e

temperatura dos gases crescem até atingir seu pico máximo (BUCHANAN, 2017).

Marcelli (2007) relata que esse momento onde ocorre a inflamação generalizada, é

considerando o momento mais crítico durando um incêndio.

Segundo Buchanan (2017), após o material combustível ter sido consumido o

fogo vai sendo resfriado gradualmente, período pós-flashover, considerado para os

projetistas, ainda preocupante, pois a elevada temperatura ainda é mantida por um

longo período, agravando as condições dos elementos de concreto.

O incêndio real apresenta todas essas fases, porém não é determinado

facilmente, pois apresenta um grande número de variáveis dependentes, como carga

de incêndio, ventilação, formato e características térmicas do ambiente.

Sousa e Silva (2015) destacam que para determinar a resistência de um

elemento estrutural durante um incêndio é necessário conhecer o comportamento do

material durante o incêndio.

A resistência ao fogo de um elemento estrutural é determinada pelo período de

tempo que o elemento é capaz de resistir a ação do fogo, este período de tempo é

conhecido como o tempo requerido de resistência ao fogo – TRRF e é considerado

um parâmetro de projeto. A NBR 14432 (ABNT, 2001) define que para ocupações

residenciais que possuem menos de 6 m de altura, o tempo mínimo requerido é de

30 minutos.

23

2.3 Comportamento dos materiais componentes do concreto em elevadas temperaturas

Nos itens 2.3.1 a 2.3.4 são apresentados o comportamento dos materiais

utilizados para a produção de concreto quando os mesmos são submetidos a

elevadas temperaturas.

2.3.1 Água

A água é fundamental para a formação do concreto, sendo responsável pelas

reações de hidratação com o cimento, formando a estrutura resistente do material.

(SILVA FILHO, 1994).

Na pasta de cimento hidratada, a água está presente em muitas formas,

classificada pela facilidade com que pode ser removida da pasta, sendo: água capilar,

água adsorvida, água interlamelar e água quimicamente combinada, representadas

na Figura 2. (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

Figura 2 - Tipos de água associados aos silicatos de cálcio hidratados.

Fonte: Mehta; Monteiro, 2008.

Quando se encontra em processo de aquecimento, a água na forma líquida

começa a expandir levemente, quando ultrapassa os 100ºC atinge a condição de

evaporação, a temperatura se mantém constante até que toda a água no estado

líquido seja totalmente evaporada, nesta etapa há um grande aumento de volume da

água (LIMA, R., 2005).

24

A grande liberação de vapores durante o aquecimento, provoca a fissuração no

concreto, enfraquecendo-o. Cuoghi (2006) salienta que a pressão de vapor produzida

pelo aumento de temperatura tende a ocasionar o surgimento de lascamentos

explosivos (Spalling).

2.3.2 Pasta de cimento Portland

A pasta de cimento é resultado da reação química entre cimento Portland e

água, essa reação dá origem aos quatro componentes da forma sólida, os silicatos de

cálcio hidratados (C-S-H), que constituem de 50 a 60% do volume de sólidos, o

hidróxido de cálcio (portlandita), que constitui 20 a 25% do volume, os sulfoaluminatos

de cálcio, que ocupam 15 a 20% do volume, e os grãos de clínquer não-hidratados

(MEHTA; MONTEIRO, 2008).

Mehta e Monteiro (2008) ressaltam ainda que na pasta de cimento hidratado se

encontram vários tipos de vazios, dividindo-os em: espaços interlamelares do C-S-H,

compondo 28% da porosidade, os vazios capilares, sendo o espaço que não foi

preenchido na hidratação e os vazios de ar, composto por uma pequena quantidade

de ar que ficou presa dentro da pasta que contribui para a diminuição da resistência.

Lima, R. (2005) afirma que ao ser aquecida, a pasta de cimento torna-se

bastante vulnerável. De acordo com Mehta e Monteiro (2008) o efeito do aumento de

temperatura na pasta de cimento depende das condições de umidade e o grau de

hidratação da pasta.

A pasta de cimento ao atingir a faixa de 100ºC a 200ºC começa a perder

estabilidade, decorrente das fissuras causadas pela contração da pasta ao eliminar

os vapores de água devido ao aquecimento (COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002).

Aos 300ºC a água interlamelar do C-S-H e a água quimicamente combinada se

perdem (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

Através de estudos, Lima, R. (2005) constatou que entre 100ºC e 400ºC houve

uma pequena perda de massa do concreto, em decorrência da desidratação do C-S-

H. Ao ultrapassar a temperatura de 400ºC, o autor observou que ocorre uma

acentuada perda de peso, devido a desidratação da portlandita e aos 500ºC a pasta

de cimento passa a sofrer uma degradação em função da decomposição do hidróxido

de cálcio. Quando a temperatura chega na casa do 900ºC há a completa

decomposição do C-S-H. (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

25

2.3.3 Agregados

Os agregados são considerados um enchimento inerte no concreto ocupando

cerca de 60 a 80% do volume, as características do agregado são provenientes da

composição mineralógica da rocha mãe e de como ela foi exposta ao meio (MEHTA;

MONTEIRO, 2008).

Quando expostos a altas temperaturas os agregados apresentam um bom

comportamento até os 300ºC, após atingir essa temperatura há dilatações excessivas

que comprometem o concreto (MARCELLI, 2007). Costa, Figueiredo e Silva (2002)

também destacam o aparecimento de tensões internas na interface pasta-agregado,

conhecida como zona de transição.

Os diferentes tipos de agregados presentes no concreto apresentam

coeficientes de dilatação diferentes, dependendo do tamanho do agregado e da água

presente nos poros do agregado, contribuindo para o aparecimento de fissuras (LIMA,

R., 2005).

Costa, Figueiredo e Silva (2002) destacam que a condutividade térmica dos

agregados varia de acordo com a sua formação, basaltos apresentam baixa

condutividade, calcários e dolomitas possuem média condutividade, enquanto

quartzos possuem alta condutividade.

Mehta e Monteiro (2008) explicam que ao serem submetidos a temperaturas

cerca de 573ºC, os agregados silicosos que contêm quartzo (granito ou arenito)

passam por uma expansão na ordem de 0,85% devido as transformações do quartzo

de α para β, enquanto os agregados calcários sofrem expansões após 700ºC.

2.3.4 Aço

O aço não possui um bom comportamento frente a elevadas temperaturas,

considerando que a partir de 600ºC o aço perde metade de sua resistência total

(MARCELLI, 2007). Ao ser submetido a elevadas temperaturas, o aço sofre uma alta

redução de resistência e rigidez. Porém devido ao seu comportamento, a sua

capacidade de suporte pode ser recuperada após o resfriamento se a temperatura

máxima atingida for menor que 450ºC para aços laminados a frio, e 600ºC para aços

laminados a quente (LIMA, E., 2017).

26

Durante um incêndio dificilmente o aço atingirá seu ponto de fusão, cerca de

1550ºC (COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002). Apesar disso, outros danos na

estrutura podem ocorrer. Souza (2010), diz que através dos lascamentos e fissuras

em decorrência das elevadas temperaturas o escoamento do aço da armadura ocorre

facilmente, fragilizando a estrutura, podendo levar o concreto ao colapso.

A solidariedade do conjunto aço-concreto é fundamental para o funcionamento

do sistema estrutural. Khoury (2000) ressalta que ao ser submetido a elevadas

temperaturas, a força de ligação entre esses dois componentes é reduzida,

comprometendo o seu desempenho.

2.4 Alterações na estrutura do concreto em elevadas temperaturas

O concreto quando exposto a elevadas temperaturas pode sofrer alterações

físicas e químicas na sua estrutura, quando combinadas, essas alterações

proporcionam um dano significativo na capacidade resistente da estrutura (LIMA et

al., 2004).

Os componentes do concreto - pasta de cimento Portland, agregados e aço –

possuem coeficientes de dilatação diferentes, ao serem expostos a elevadas

temperaturas a variação de dilatação proporciona o aumento da fissuração na matriz

cimentícia (CUOGHI, 2006).

Durante o aquecimento a matriz cimentícia sofre expansões térmicas, a pasta

retrai em função da evaporação da água, enquanto os agregados expandem,

resultando na fissuração, principalmente na zona de transição, parte mais frágil da

matriz (FERNANDES et al., 2017).

As fissuras devido a tensões térmicas podem ser agravadas pela pré-existência

de microfissuras, estas funcionam como um caminho preferencial na formação das

fissuras (LIMA, R., 2005). Lima, R. (2005) diz que acima de 500ºC as fissuras tornam-

se visíveis a olho nu, ocorrendo ainda um aumento na quantidade de fissuras.

Para um adequado conhecimento da capacidade resistente da estrutura é

necessário a realização de análises em nível microestrutural, avaliando aspectos

como as microfissuras e os lascamentos, que ocorrem quando o concreto está

submetido ao alto grau de agressividade desse cenário (ALONSO et al. 2003 apud

LIMA, R., 2005).

27

A microestrutura do concreto é considerada complexa, devido ao fato de não

ser homogênea, ocorre diversas variações na pasta, podendo ser mais compacta ou

mais porosa, dependendo da relação a/c (LIMA, R., 2005).

As alterações que ocorrem na microestrutura do concreto em elevadas

temperaturas é resultado de transformações físico-químicas, como evaporação das

águas presentes na composição, as dissociação do hidróxido de cálcio e

descarbonatação dos agregados de calcários (LIMA, E., 2017).

Existe uma série de fatores que influenciam o comportamento do concreto que

sofreu um aquecimento, tanto a pasta quanto o agregado são materiais que se

decompõem com o calor, e deve ser levado em consideração, a permeabilidade, o

tamanho do elemento, a taxa de crescimento de temperatura na influência da

decomposição da estrutura (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

A pasta de cimento é extremamente vulnerável a ação da temperatura, como a

pasta sofre diversas reações químicas, ocorre o aparecimento de fissuras e o

aparecimento de movimentações térmicas, que prejudicam a durabilidade das

estruturas.

2.4.1 Lascamento do concreto a elevadas temperaturas

O lascamento, também conhecido como “spalling” é um fenômeno onde ocorre

o desprendimento do elemento de concreto inesperadamente de forma violenta ou

não, quando os elementos estão expostos a elevadas temperaturas, a partir de um

aquecimento rápido (KHOURY,2000).

Hertz (2003) enfatiza que o fenômeno pode danificar a seção transversal do

elemento de concreto, reduzindo sua capacidade de carga, e por isso, deve ser

considerado durante o projeto. A Figura 3 ilustra o dano causado na seção com

exposição da armadura.

28

Figura 3 - Lascamento na estrutura.

Fonte: Lima et al. (2004).

O lascamento é considerado um fenômeno não muito bem compreendido, pois

depende de vários fatores, como o tipo de agregados, as tensões térmicas, sendo o

mais importante as tensões provocadas pelo vapor de água, que leva na maioria das

vezes a um comportamento imprevisível (BUCHANAN, 2017).

A alta densidade do concreto é uma propriedade muito importante para o

fenômeno, Anderberg et al. (1997) explica que uma estrutura compacta, ou seja, com

pequena quantidade de poros, diminui a permeabilidade dos vapores de água,

fazendo com que o lascamento ocorra através do acúmulo de tensões.

O lascamento pode ser dividido em quatro categorias, lascamento do agregado,

lascamento explosivo, lascamento superficial e lascamento de quina, sendo que os

três primeiros acontecem nos primeiros 30 minutos de aquecimento e o último entre

30 a 60 minutos (KHOURY, 2000).

O lascamento do agregado ocorre devido a sua expansão, onde partes dos

agregados próximos a superfície desprendem e deixam pequenas crateras na

superfície (HERTZ, 2003).

O lascamento superficial é o desprendimento de grandes camadas superficiais

de concreto e no lascamento de quina há o desprendimento dos cantos vivos de

elementos de concreto (HERTZ, 2003).

O lascamento explosivo ocorre de forma violenta e inesperada, havendo grande

liberação de energia devido ao excesso de pressão nos poros em função do aumento

de temperatura (SOUZA et al., 2012).

Existem meios de prevenir o lascamento ou a severidade dele, Buchanan

(2017) afirma que o método mais barato é com a adição de fibras de polipropileno, as

29

quais conseguem através de suas propriedades em altas temperaturas, conduzir os

vapores de água, diminuindo as tensões do elemento de concreto.

A adição de fibras de polipropileno em concretos é utilizada como meio de

melhorar as suas características, como: aumentar a resistência, a ductilidade à

compressão e diminuir a retração. (MEDEIROS, 2012).

Conhecendo os benefícios da utilização de fibras no concreto é importante

conhecer o comportamento das mesmas em situação de incêndio, visto que a

edificação atinge elevadas temperaturas neste cenário. Kitchen (2001) afirma que ao

serem submetidas a elevadas temperaturas as fibras começam a derreter aos 160ºC,

à medida que o calor aumenta elas se degradam, diminuindo o volume inicial ocupado

até restar a fuligem, que ocupa menos de 5% do volume inicial.

Os vazios deixados pelas fibras de polipropileno formam canais, que permitem

que os vapores de água migrem até a superfície, diminuindo a pressão nos poros e

consequentemente diminuindo o risco de lascamento explosivo (KALIFA; CHENE;

GALLE, 2001). Souza (2010) afirma através de sua pesquisa que além de reduzir o

lascamento, dependendo da quantidade de fibras adicionadas elas colaboram para

diminuição da severidade do lascamento.

2.5 Concretos com materiais alternativos submetidos a elevadas temperaturas

Atualmente na construção civil, alguns pesquisadores têm voltado os seus

trabalhos para a busca de materiais alternativos, como meio de reduzir o impacto

ambiental ocasionados pela extração/e/ou produção de matérias primas utilizadas

para a produção de concretos. Entre os diferentes produtos utilizados, está a areia de

PET (Politereftalato de Etileno).

Alguns pesquisadores como Jardim (2017), Moura (2017) e Della Flora et al.

(2018) apresentaram resultados satisfatórios quanto à propriedades mecânicas de

concretos com esse novo material, principalmente para os teores de substituição da

areia de PET de até 20%.

A areia de PET é produzida através do processo de trituração de garrafas PET,

formando resíduo com dimensão máxima de 2,4 mm (ALMEIDA et al., 2004). Como o

politereftalato de etileno é um polímero termoplástico, ele possui a capacidade de ser

moldado repetidas vezes e formar fibras para uso industrial.

30

Meneses (2011) conclui através de sua pesquisa de concreto com adição de

fibras de PET que a partir de 300ºC, o PET já atingiu seu ponto de fusão e se

transforma de sólido para líquido, a perda de volume gerada por essa transformação

resulta na formação de uma rede de canais que permitem a saída do vapor,

semelhante a fibra de polipropileno.

Silva (2013) em seus trabalhos com fibra de PET verificou que as fibras não

impediram o lascamento de ocorrer em concreto com resistência inferior a 50 MPa,

porém diminuíram a quantidade do lascamento e a força com o qual ocorreu.

Sabendo que a fibra de PET possui um bom comportamento frente a exposição

de altas temperaturas e que a areia de PET apresentou resultados satisfatórios de

comportamento mecânicos esta pesquisa será desenvolvida com o objetivo de

verificar o comportamento de concretos com areia de PET submetidos a elevadas

temperaturas, com o intuito de verificar se a areia de PET apresenta um

comportamento semelhante a fibras de polipropileno e fibras de PET quando

submetidas a elevadas temperaturas.

31

3 MATERIAIS E MÉTODOS

O programa experimental dessa pesquisa é apresentado na Figura 4 e está

dividido em seis etapas distintas. Na primeira e na segunda etapa serão apresentadas

a caracterização dos materiais utilizados e a execução e cura dos concretos,

respectivamente. Na terceira etapa será realizado o ensaio do ultrassom, na quarta

etapa serão aquecidos os concretos a elevadas temperaturas, e na quinta etapa,

serão executados os ensaios mecânicos e de durabilidade. A última etapa

corresponderá a análise e discussão dos resultados.

Para a execução das etapas 1 a 5 serão utilizados os equipamentos e o espaço

físico do Laboratório de Materiais da Universidade Federal do Pampa, campus

Alegrete/RS.

Figura 4 - Esquema do Programa Experimental

Fonte: Elaboração Própria.

32

3.1 Materiais

Neste tópico estão apresentadas as características dos materiais utilizados na

confecção dos concretos de acordo com o programa experimental deste trabalho.

3.1.1 Cimento Portland

Para a confecção dos concretos foi utilizado como material aglomerante o

cimento Portland CPIV-32, da marca Votorantim Cimentos. A caracterização físico-

química e mecânica foi fornecida pelo fabricante, através da data e local de fabricação,

sendo apresentada na Tabela 1.

Tabela 1 - Exigências físicas, mecânicas e químicas do cimento Portland CPIV - 32

Ensaios Químicos

Ensaios Unidade Resultados Exigências

Óxido de Magnésio - MgO % 5,6 ≤6,5

Trióxido de Enxofre - SO3 % 1,9 ≤4,0

Perda ao Fogo % 3,1 ≤6,5

Resíduo Insolúvel % 33,6 Não aplicável

Ensaios Físicos


Expansibilidade à quente mm 0 ≤5,0 mm

Início de Pega min 314,6 ≥60 min

Fim de Pega min 382,1 ≤600 min

Água de consistência normal % 31,6 Não aplicável

Área específica (Blaine) cm²/g 4334 Não aplicável

Índice de finura - # 200 % 0,6 ≥8,0 %

Índice de finura - # 325 % 2,4 Não aplicável

Resistência à Compressão


Resistência à Compressão - 3 dias MPa 19,8 ≥10 MPa



Fonte: Dados fornecidos pela empresa Votorantim.

A determinação da massa específica do cimento Portland foi fornecida pela

empresa Votorantim, tendo como resultado 2,81 g/cm³, cumprindo os requisitos

especificados pela ficha de informações de segurança de produtos químicos da

empresa.

33

3.1.2 Agregados miúdos

Os agregados miúdos utilizados foram a areia natural, proveniente do rio Ibicuí-

RS e a areia de PET, proveniente da empresa de reciclagem PETCEU/ Paraná-PR,

ambas apresentadas na Figura 5.

Figura 5 – Agregados miúdos

Fonte: Elaboração Própria

A caracterização do material foi realizada de acordo com os procedimentos

recomendados pelas normas brasileiras, listadas na sequência:

-NBR NM 27 (ABNT, 2001): Agregados – Redução da amostra de campo para ensaio

de laboratório.

-NBR NM 248 (ABNT, 2003): Agregados – Determinação da composição

granulométrica.

-NBR NM 45 (ABNT, 2006): Agregados - Determinação da massa unitária e do volume

de vazios.

-NBR NM 52 (ABNT, 2009): Agregado miúdo – Determinação da massa específica e

massa específica aparente.

A Tabela 2 e a Tabela 3 apresentam a caracterização da areia natural e da

areia de PET, respectivamente.

34

Tabela 2 - Caracterização da areia natural

Abertura das peneiras (mm) % Retida % Retida Acumulada

4,75 0,00 0,00

2,36 0,00 0,00

1,18 0,19 0,19

0,6 2,21 2,40

0,3 68,75 71,15

0,15 27,14 98,29

Fundo 1,71 100

Total 100 -

Diâmetro máximo (mm) 0,60

Módulo de Finura 1,72

Massa específica (g/cm³) 2,64

Massa Unitária – Método A (g/cm³) 1,66

Massa Unitária – Método C (g/cm³) 1,57 Fonte: Elaboração Própria

Tabela 3 - Caracterização da areia de PET


4,75 0,72 0,72

2,36 3,09 3,80

1,18 24,46 28,26

0,6 35,26 63,52

0,3 22,64 86,16

0,15 6,51 92,67

Fundo 7,33 100

Total 100 -



Massa Unitária – Método A (g/cm³) 0,40

Massa Unitária – Método C (g/cm³) 0,33


As Figuras 6 e 7 representam a curva granulométrica e os limites normativos

estabelecidos pela NBR 7211 (ABNT, 2009), da areia natural e da areia de PET,

respectivamente.

35

Figura 6 – Curva granulométrica da areia natural


Figura 7 - Curva granulométrica da areia de PET

Fonte: Elaboração própria

A areia natural (Figura 6) ultrapassou os limites da zona utilizável estabelecido

em norma nas peneiras 1,18 e 0,6mm. O agregado ensaiado apresentou um módulo

de finura de 1,72, que de acordo com a Bauer (2008) caracteriza-se como uma areia

fina por estar entre os limites de 1,71 e 2,85. Apesar de ter excedido parcialmente os

limites da zona utilizável, o agregado foi utilizado na confecção dos concretos por ser

o único disponível na região.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

% R

etida A

cum

ula

da (

%)

Abertura das Peneiras (mm)

Areia natural Zona utilizável Zona ótima

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

% R

etida A

cum

ula

da (

%)


Areia de PET Zona utilizável Zona ótima

36

Na Figura 7 pode-se observar que a curva granulométrica da areia de PET

encontra-se dentro da zona utilizável. Após a determinação do módulo de finura, de

acordo com a classificação de Bauer (2008) a areia de PET é considerada uma areia

média.

Visando avaliar a influência da substituição da areia natural pela areia de PET,

foi realizada a composição granulométrica da mistura, sendo realizadas duas

composições, uma com 20% e a outra com 50% de substituição de areia de PET,

apresentadas na Figura 8. As Tabelas 4 e 5 apresentam o resultado da composição

granulométrica das misturas.

Figura 8 – Composição das areias


Tabela 4 – Caracterização da composição com 20% de areia de PET


4,75 0,10 0,10

2,36 1,36 1,46

1,18 3,99 5,45

0,6 8,88 14,33

0,3 65,70 80,03

0,15 18,68 98,70

Fundo 1,30 100

Total 100 -




37

Tabela 5 - Caracterização da composição com 50% de areia de PET


4,75 0,13 0,13

2,36 1,67 1,80

1,18 7,20 9,00

0,6 12,54 21,55

0,3 56,71 78,26

0,15 20,31 98,57

Fundo 1,43 100

Total 100 -




As Figuras 9 e 10 representam a curva granulométrica das duas composições,

20% e 50%, respectivamente.

Figura 9 - Curva granulométrica da composição com 20% de PET


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

% R

etida A

cum

ula

da (

%)


Areia de PET Zona utilizável Zona Ótima

38

Figura 10 -Curva granulométrica da composição com 50% de PET


Observando as figuras acima, pode-se observar que com a composição houve

uma melhora na faixa 0,6 a 1,18 mm, a granulometria da areia natural, que antes não

se enquadrava na zona utilizável, com a mistura de 20% (Figura 9) quase entra na

zona utilizável inferior, enquanto na mistura de 50% (Figura 10) houve o

enquadramento da curva dentro na zona utilizável.

A partir do módulo de finura das composições é possível caracterizar as

composições como “areia fina”.

3.1.3 Agregado graúdo

O agregado graúdo utilizado no desenvolvimento deste trabalho é de origem

basáltica, sendo proveniente da jazida da região de Alegrete-RS.

A caracterização do agregado graúdo seguiu as prescrições das normas

listadas a seguir:

-NBR NM 27 (ABNT, 2001): Agregados – Redução da amostra de campo para ensaio

de laboratório.

-NBR NM 248 (ABNT, 2003): Agregados – Determinação da composição

granulométrica.

-NBR NM 45 (ABNT, 2006): Agregados - Determinação da massa unitária e do volume

de vazios.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

% R

etida A

cum

ula

da (

%)


Areia de PET Zona utilizável Zona Ótima

39

-NBR NM 53 (ABNT, 2009): Agregado graúdo - Determinação da massa específica,

massa específica aparente e absorção de água.

A caracterização do agregado graúdo granulométrica, é apresentada na Tabela

6 e a Figura 11 mostra a curva granulométrica e os limites normativos estabelecidos

pela NBR 7211(ABNT, 2009).

Tabela 6 - Caracterização do agregado graúdo


25 0,00 0,00

19 0,88 0,88

12,5 58,81 59,70

9,5 34,04 93,73

6,3 5,52 99,26

4,75 0,51 99,77

2,36 0,15 99,92

1,18 0,01 99,92

0,6 0,01 99,93

0,3 0,05 99,98

0,15 0,01 99,99

Fundo 0,1 100

Total 100 -

Diâmetro máximo (mm) 19


Massa específica (g/cm³) 2,73

Massa unitária – Método A (g/cm³) 1,53

Massa unitária – Método C (g/cm³) 1,44 Fonte: Elaboração Própria.

Figura 11 - Curva granulométrica do agregado graúdo


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100

% R

eti

da A

cu

mu

lad

a (

%)


Limites normativos Agregado graúdo

40

A curva granulométrica do agregado graúdo (Figura 11) mostra que o material

excedeu o limite na peneira 19 mm, enquanto o resto está dentro dos limites

normativos estabelecidos pela NBR 7211 (ABNT, 2009)

3.1.4 Água

A água utilizada para a confecção dos concretos é proveniente da rede pública

de distribuição de água do município de Alegrete - RS, fornecida pela CORSAN –

Companhia Riograndense de Saneamento, sendo isenta de material orgânico e

impurezas.

3.1.5 Aditivo

Foi utilizado o aditivo superplastificante ADVA CAST 585, a base de

policarboxilatos, que fornece a manutenção do abatimento de cone. A opção por

adicionar o aditivo químico se deu a fim de compensar a perda de trabalhabilidade

ocasionada pela baixa relação água/cimento do traço (a/c=0,45), necessária para que

os concretos de referência atingissem a condição de concreto estrutural (25 MPa na

idade de 28 dias).

O teor de aditivo do traço de referência foi estabelecido em 0,065% para uma

trabalhabilidade de 8 cm. Para os demais traços (20% e 50% de PET) foram mantidos

o teor de aditivo e a relação a/c do traço de referência, com o objetivo de verificar a

real influência da areia de PET na trabalhabilidade dos concretos no estado fresco e

nas propriedades mecânicas dos concretos, no estado endurecido.

3.2 Procedimento de dosagem

Para o desenvolvimento do programa experimental foi estabelecido um traço

de referência (com areia natural), para permitir a comparação deste com as misturas

com substituição parcial do agregado miúdo por areia de PET.

O traço padrão (traço em massa) foi fixado em 1:4,5 (cimento: agregados), com

a relação água/cimento de 0,45 e consumo de cimento de 410,50 kg/m3. A escolha do

traço foi definida para que o concreto de referência atingisse o mínimo de 25 MPa de

resistência à compressão axial aos 28 dias, valor mínimo de acordo com as normas

brasileiras para o concreto ser considerado estrutural.

41

A substituição do agregado miúdo por areia de PET foi realizada em volume

nos teores de 0%, 20% e 50%. Os teores de substituição foram escolhidos a partir de

trabalhos realizados por pesquisadores como Jardim (2017) e Della Flora et al. (2018).

Segundo os pesquisadores, até um teor de substituição em volume de 20%, a areia

de PET não promove perda de desempenho mecânico dos concretos. Com base

nessas informações, foi selecionado um teor de substituição baixo (20%) e um teor de

substituição mais elevado (50%), objetivando observar as diferenças nas

propriedades dos concretos submetidos a elevadas temperaturas.

Os traços e a nomenclatura utilizada para a identificação dos concretos estão

apresentados na Tabela 7.

Tabela 7- Traços utilizados para a produção dos concretos.

Traço Unitário (em massa) Cimento Areia Brita a/c

1 1,64 2,86 0,45

Traços Cimento (kg) Areia (kg) PET (l) Brita (kg) Aditivo (%) a/c

REF 24,48 40,13 0 70 0,06 0,45

20PET 24,48 32,10 5,1 70 0,06 0,45

50PET 24,48 20,07 12,75 70 0,06 0,45

REF - concreto de referência (sem areia de PET); 20PET - concreto com substituição em volume de 20% do agregado miúdo por areia de PET; 50PET - concreto com substituição em volume de 50% do agregado miúdo por areia de PET.


3.2.1 Produção dos concretos

O preparo dos concretos foi executado em betoneira de eixo inclinado,

conforme as prescrições da NBR 12655 (ABNT, 2015). O cimento, o agregado graúdo,

o agregado miúdo natural e a água foram determinados em massa, enquanto que a

areia de PET foi medida em volume, com dispositivo dosador, devido a sua massa

específica baixa.

A mistura dos materiais ocorreu após a imprimação na betoneira, e na

sequência foram adicionados o agregado graúdo, parte da água com aditivo químico,

o cimento Portland, os agregados miúdos (areia natural e areia de PET) e por fim, o

restante da água do traço.

Os adensamentos dos concretos foram executados manualmente para o traço

referência e para o traço 20% de PET, conforme a NBR 5738 (ABNT, 2015). Para o

traço 50% de PET o adensamento ocorreu com auxílio da mesa vibratória, em função

42

da baixa trabalhabilidade obtida, os corpos de prova poderiam não ficar bem

adensados.

Após 24 horas, os corpos de prova foram desmoldados e identificados (Figura

12), sendo mantidos em cura submersa, conforme a NBR 5738 (ABNT, 2015), até a

idade de controle dos ensaios.

Figura 12 - Corpos de prova desmoldados

Fonte: Elaboração própria.

Para a realização dos ensaios previstos nos concretos endurecidos foram

moldados corpos de prova cilíndricos nas dimensões de 10 x 20cm, nos quantitativos


Tabela 8 - Quantitativo de corpos-de-prova (CPs) por tipo de ensaio

Descrição do Ensaio Idade de ensaio – 28 dias

Nº de CPs por temperatura Nº de CPs por traço

Resistência à compressão axial

6 24 Ensaio de propagação de onda - ultrassônica

Absorção de água por imersão total

3 12


A trabalhabilidade do concreto no estado fresco foi determinada pelo ensaio de

Abatimento do Tronco de Cone (Slump Test), conforme as recomendações da NM 67

(ABNT, 1998). O parâmetro de controle para a trabalhabilidade dos concretos foi

estabelecido em 8 2 cm.

A Tabela 9 apresenta os resultados obtidos para os diferentes teores de

concreto confeccionados e a Figura 13 apresenta o registro fotográfico dos

abatimentos do tronco cone para os três traços.

43

Tabela 9 – Trabalhabilidade dos traços

Traço Abatimento (cm)

REF 8

20PET 10,5

50PET 2,5 Fonte: Elaboração própria.

Figura 13 – Abatimentos do tronco cone dos traços estudados


A Figura 13 mostra que o teor de 20% de substituição de areia de PET não

promoveu alterações na trabalhabilidade do concreto no estado fresco. No entanto,

quando o teor de areia de PET é aumentado para 50%, claramente observa-se uma

perda de trabalhabilidade da mistura.

A Tabela 10 apresenta as temperaturas e umidades relativas do ar durante a

moldagem dos traços estudados.

Tabela 10 – Temperaturas e umidades relativas do ar durante as moldagens.

Traço Temperatura (°C) Umidade (%)

REF 20,7 62

20PET 20,5 51

50PET 24,2 67


3.2.2 Aquecimento dos concretos a diferentes temperaturas

Na idade de controle de 28 dias os corpos-de-prova foram submetidos ao

aquecimento, realizado em um forno elétrico (Figura 14), da marca Sanchis, com

potência de 15 kW, temperatura de alcance de 1250ºC e capacidade de 120 litros.

44

Figura 14 - Forno elétrico Sanchis


No período de 48h antes dos corpos de prova serem aquecidos, eles foram

retirados da cura submersa, para que diminuísse o teor de umidade. Os corpos de

prova foram então aquecidos até as temperaturas de estudo, 200ºC, 400ºC e 900ºC.

As temperaturas foram escolhidas com base na pesquisa de Lima, R. (2005), o qual

realizou uma análise termo-diferencial em pastas de cimento, obtendo os valores de

temperatura que se aproximam da mudança de fase, sendo possível analisar as

mudanças que ocorrem na estrutura do concreto no decorrer do aquecimento.

Para o aquecimento dos corpos de prova, a taxa de aquecimento utilizada foi

de 1ºC/min para cada corpo de prova, adotada seguindo as recomendações da RILEM

TC129 MHT (2000), as quais se baseiam na superfície diametral do corpo de prova.

Como foram aquecidos 9 corpos de prova juntos, para cada umas das temperaturas

estudadas, a taxa de aquecimento utilizada foi de 9ºC/min.

Após atingir a temperatura desejada, a mesma foi mantida por 30 minutos, o

tempo mínimo em que se espera que a estrutura resista ao fogo de acordo com a NBR

14432 (ABNT, 2001). Ao terminar o tempo, os corpos de prova foram resfriados em

ambiente de laboratório até atingirem a temperatura ambiente, para posteriormente

serem ensaiados.

45

A Tabela 11 apresenta o tempo em que os corpos de prova foram expostos a

temperatura de aquecimento.

Tabela 11 – Tempo de permanência na mufla.

Temperatura (°C) Tempo de rampa (min) Tempo de permanência (min)

200 23 30

400 45 30

900 100 30 Fonte: Elaboração própria

3.3 Propriedades mecânicas e de durabilidade dos concretos no estado endurecido

Nesta seção, nos itens 3.3.1 ao 3.3.4 apresenta os ensaios de controle dos

concretos no estado endurecido.

3.3.1 Ensaios de velocidade de propagação de onda ultrassônica

Os ensaios de propagação de onda ultrassônica nos concretos foram

executados aos 28 dias, após o encerramento do processo de cura. Na sequência, os

concretos foram submetidos ao processo de aquecimento nas temperaturas estudas

e, após essa etapa, novamente foram realizados o ensaio de propagação de onda-

ultrassônica.

A norma NBR 8802 (ABNT, 2019) – que forneceu o embasamento para a

realização desse ensaio - prescreve a utilização de equipamentos com transdutores

acima de 20KHz, com diâmetro de 50mm (Figura 15). O ensaio determinou a

velocidade de propagação de ondas ultrassônicas através de elementos de concreto,

e compara com um índice de qualidade previamente definido, permitindo verificar a

homogeneidade do concreto mostrando possíveis falhas internas e os danos

provocados pelas elevadas temperaturas a qual o corpo de prova foi submetido.

46

Figura 15 - Equipamento de propagação de onda ultrassônica


3.3.2 Resistência à compressão axial

Na idade especificada (28 dias), as amostras tiveram suas bases retificadas,

conforme NBR 5738 (ABNT, 2015). A retificação garantiu a planicidade das amostras

permitindo que o carregamento fosse aplicado uniformemente sobre a superfície.

O ensaio para a determinação da resistência à compressão axial em corpos de

prova cilíndricos seguiu as prescrições da NBR 5739 (ABNT 2007). O ensaio foi

executado após os concretos serem submetidos ao processo de aquecimento e ao

ensaio de propagação de onda ultrassônica.

3.3.3 Absorção de água por imersão total

O ensaio para determinação da absorção de água por imersão total em

concretos endurecidos seguiu as prescrições da NBR 9778 (ABNT, 2009). Na idade

de 28 dias os corpos de prova após o aquecimento permaneceram 72 horas em estufa

para estabilização de suas massas, após essa etapa foi realizado a saturação destes

em água à 23ºC por 72 horas e por último foram colocados em recipiente com água

que teve sua temperatura elevada progressivamente até a ebulição por 5 horas, após

o resfriamento dos corpos de prova foi possível realizar as últimas pesagens.

O conhecimento da absorção de água determinou o quão poroso o concreto se

tornou, sendo fundamental para a análise do comportamento do concreto submetido

a elevadas temperaturas.

47

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Nesta seção estão apresentados e analisados os resultados dos ensaios

realizados referente ao comportamento dos concretos, referência e com substituição

de areia de PET, após serem submetidos ao aquecimento. O item 4.1 apresenta o

resultado da massa específica no estado fresco e endurecido, nos itens 4.2 a 4.4

apresentam os resultados dos ensaios realizados no estado endurecido e no item 4.5

os aspectos visuais observados nos concretos. Os resultados apresentados se

referem aos dados médios, os resultados individuais de cada corpo de prova está

apresentado nos apêndices.

4.1 Massa específica do concreto

A Tabela 12 apresenta os resultados obtidos da massa específica dos

concretos no estado fresco dos traços estudados, sendo obtidos pela média de dois

corpos de prova.

Tabela 12 – Massa específica dos concretos no estado fresco

Traço Massa específica do concreto fresco (kg/m³)

REF 2432,14

20PET 2365,04

50PET 2302,04 Fonte: Elaboração própria

Os resultados evidenciaram a redução da massa específica dos concretos com

o aumento do teor de areia de PET, sendo uma diminuição de 2,76% no teor de 20%

de PET e 5,35% no teor de 50% de PET, em relação ao traço referência. Pode-se

concluir que a redução da massa específica dos concretos está relacionada com o

aumento do teor de areia de PET, já que a areia de PET possui massa específica

menor que a areia natural.

A massa específica da amostra seca foi determinada com base na NBR 9778

(ABNT, 2009), sendo analisado o comportamento dos traços em função da

temperatura de aquecimento, conforme a Tabela 13.

48

Tabela 13 – Massa específica seca

Traço Massa específica seca (kg/m³)

23°C 200°C 400°C 900°C

REF 2320 2312 2323 2218

20PET 2231 2187 2225 2153

50PET 2143 2141 2139 2009 Fonte: Elaboração própria

Durante o aquecimento de cada traço não houve mudanças significativas no

seu valor até os 400°C, aos 900°C houve uma pequena diminuição, Costa (2008)

atribuí essa redução a evaporação da água.

Em relação aos teores analisados, no estado endurecido percebe que o

aumento da substituição da areia natural por areia de PET fez que com que a massa

específica diminuísse, mantendo a mesma tendência já observada para essa

propriedade no estado fresco.

4.2 Ensaios de velocidade de propagação de onda ultrassônica

Os resultados de velocidade de propagação de onda ultrassônica foram

comparados com a classificação de Whitehurst (1966) e Rincón et al (1998), os quais

relacionaram a velocidade de propagação de onda ultrassônica a qualidade do

concreto, classificando como “excelente” quando acima de 4500 m/s, “ótimo” de 3500

a 4500 m/s, “bom” de 3000 a 3500 m/s, “regular” de 2000 a 3000 m/s e “ruim” abaixo

de 2000 m/s.

A velocidade da onda ultrassônica dos traços obtida antes e após os concretos

serem submetidos as temperaturas de estudo (200ºC, 400ºC e 900ºC) estão

apresentadas nas Figuras 16, 18 e 19.

Os gráficos (Figuras 16, 18 e 19) mostram que os traços estudados

apresentaram uma tendência de decréscimo da resistência à compressão axial com

a variação da temperatura de aquecimento. Na temperatura ambiente (23ºC), todos

os traços apresentaram uma classificação de concreto “excelente”. Visualmente

observou-se que todos os concretos investigados mantiveram a sua integridade física

até os 400°C.

49

Figura 16 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço referência


A Figura 16 mostra que para as variações da temperatura de 200°C e 400ºC a

que os concretos de referência foram submetidos não promoveram alterações

expressivas na propagação da onda ultrassônica. Para os concretos submetidos a

essas temperaturas, os concretos foram classificados como “excelentes”.

Para a temperatura de 900ºC, a velocidade de propagação da onda. A redução

da velocidade já era esperada, o aspecto visual dos concretos submetidos a 900°C já

apresentarem fissuras na face externa dos corpos de prova (Figura 17).

Figura 17 - Fissuras na superfície do traço referência após a exposição a 900°C


A Figura 18 mostra o comportamento do concreto com substituição de 20%, na

temperatura ambiente (23°C) apresentaram a classificação “excelente”. Nas

5144 5218 53485124

5375

1690

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

23 200 23 400 23 900

Velo

cid

ade (

m/s

)

Temperatura (°C)

Excelente Ótimo Bom Regular Ruim

50

temperaturas de 200°C e 400°C huve um pequeno descréscimo da velocidade,

enquanto na temperatura de 900°C a velocidade das ondas ultrassônicas

decresceram 70% em relação aos concretos a temperatura ambiente, podendo ser

classificado como um concreto “ruim”.

Acredita-se que o derretimento da areia de PET no interior do concreto contribui

para a formação de falhas internas, as quais estão diretamente ligadas a diminuição

da velocidade de propagação das ondas ultrassônicas.

Figura 18 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço 20% de PET


4874

4491

49914673

5102

1565

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

23 200 23 400 23 900

Velo

cid

ade (

m/s

)

Temperatura (°C)


51

Figura 19 - Velocidade de onda ultrassônica para o traço 50% de PET


A Figura 19 mostra que os concretos em temperatura ambiente (23ºC)

apresentaram classificação “excelente”. Após os 400°C houve um descréscimo

acentuado da velocidade da onda ultrassônica dos concretos investigados. Para os

concretos submetidos às temperaturas de 400°C e 900° C, a redução da velocidade

de propagação da onda ultrassônica foram de aproximadamente 17% e 86%,

repectivamente. Os concretos submetidos a temperaturas de 200ºC e 400ºC foram

classificados como “ótimos” e os concretos submetidos à temperatura de 900ºC como

“ruins”.

A Figura 20 apresenta um comparativo da velocidade da onda ultrassônica

entre os três traços estudados.

4621 44984730

3939

4573

654

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

23 200 23 400 23 900

Velo

cid

ade (

m/s

)

Temperatura (°C)


52

Figura 20 - Velocidade de onda ultrassônica dos traços estudados


O gráfico (Figura 20) indica que o aumento do teor de substituição de PET nas

misturas implicou na redução da velocidade da onda ultrassônica dos concretos para

todas as temperaturas de controle, Silva e De Sampaio Bonfim (2019) em seu trabalho

com fibras de polipropileno, observaram o mesmo resultado e atribuíram a baixa

densidade do material, como o PET também possui baixa densidade a mesma

justificativa pode ser atribuída. Observa-se que o concreto de referência apresentou o

melhor desempenho entre as misturas investigadas, e o traço com 50% de areia de

PET, o pior desempenho.

Verifica-se que a partir da temperatura de 400°C ocorre uma variação

acentuada da velocidade de propagação da onda ultrassônica em todas as misturas,

Dos Santos Silva et al (2018) atribui esse comportamento ao comprometimento da

estrura pois na temperatura de 900°C o grau de fissuração é muito elevado.

4.3 Resistência à compressão axial

A resistência à compressão do concreto é a propriedade mais importante em

termos de análise estrutural após o contato com elevadas temperaturas. A Figura 21

apresenta os valores obtidos de resistência à compressão axial na idade de 28 dias

para os traços de referência, com substituição de 20% de PET e com substituição de

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000

Velo

cid

ade (

m/s

)

Temperatura (°C)

REF

20PET

50PET

53

50% de PET, em temperatura ambiente (23°C) e em relação as temperaturas de

aquecimento (200ºC, 400°C e 900°C) aos quais os concretos foram submetidos.

Figura 21 - Resistência à compressão axial média dos traços estudados


Verifica-se no gráfico que o traço referência apresentou os melhores resultados

de resistência à compressão axial entre os traços investigados, ou seja, a variação do

teor de PET nas misturas implicou na diminuição da resistência à compressão axial,

corroborando com alguns trabalhos científicos (Moura (2017), Fernandes (2017)).

Apesar da diminuição da resistência à compressão axial de 17% do traço de 20% de

PET para o traço referência, ele atingiu a resistência estipulada inicialmente de 25

MPa.

O gráfico analisado (Figura 21) demonstrou uma tendência de redução da

resistência à compressão axial com a elevação da temperatura, sendo intensificada a

partir de 400°C. Observa-se que o concreto referência apresentou um pequeno ganho

de resistência ao ser aquecido até 400°C e o concreto com substituição de 50% de

PET apresentou ganho na temperatura de 200°C, quando comparados com a

resistência em temperatura ambiente. Esse comportamento já tinha sido verificado em

outros programas experimentais (Lima, R. (2005), Silva (2013), Khoury (2000)), e foi

atribuído a um processo tardio de hidratação do cimento que foi estimulado pela

temperatura de aquecimento. Neville (1997) salienta também que a idade dos

31,7032,72

35,97

15,64

26,42 25,67

23,07

13,35

19,3021,02

19,29

6,46

0

5

10

15

20

25

30

35

40

23 200 400 900

Resis

tência

à c

om

pre

ssão a

xia

l (M

Pa)

Temperatura (°C)

REF

20%

50%

54

concretos influenciou nesse resultado, já que os concretos não tiveram tempo para

completar suas reações químicas.

A resistência à compressão axial dos concretos com a variação da temperatura

de 400°C para 900°C apresentou redução de 56% no traço referência, redução de

42% no traço 20% de PET, e redução de 66% no traço 50% de PET. Essa queda de

resistência dos concretos pode ser atribuída a alguns fatores. Segundo Cánovas

(1988) após os 400°C, o C-S-H já sofreu total desidratação, começando a se

decompor em óxido de cálcio e água, o que acaba resultando na diminuição da

resistência e no aparecimento de fissuras.

Meneses (2011) relata que o PET presente nos concretos nos 400°C, passa a

perder sua massa, resultando no aumento de vazios dentro do concreto, o que

influencia a redução da resistência. Como pode ser observado o traço com 50% de

PET obteve a menor resistência aos 900°C, sendo esse fator atribuído ao aumento de

vazios na sua estrutura.

Para a verificação de que as variáveis independentes dessa pesquisa (Teor de

PET e Temperatura) apresentaram influência significativa na variável de resposta

(resistência à compressão axial), os resultados passaram por uma análise de

variância (ANOVA), apresentados na Tabela 14.

A análise de variância (ANOVA) avalia os dados verificando se existe diferença

significativa entre as médias e se as variáveis independentes exercem real influência

em alguma variável dependente. Os valores são estatisticamente significativos

quando o resultado de “p” é menor que 0,05, podendo chegar a 95% de confiança nos

dados.

Tabela 14 - Análise ANOVA da resistência à compressão axial

ANOVA SQ GL MQ Teste F p

Intercessão 36606,32 1 36606,32 13262,15 0,000000

Teor PET 1878,32 2 939,16 340,25 0,000000

Temperatura 2768,51 3 922,84 334,34 0,000000

Teor PET x Temperatura 194,34 6 32,39 11,73 0,000000

Erro 165,61 60 2,76


A Tabela 14 mostra que as variáveis independentes (Teor de PET e

Temperatura) são significativas isoladamente (p<0,05), ou seja, influenciaram na

variável de resposta (Resistência à compressão axial). A interação dos fatores Teor

de PET x Temperatura também foi significativa.

55

As Figuras 22 e 23 mostram os resultados de resistência à compressão axial

em função das variáveis independentes (Teor de PET e Temperatura), obtidos a partir

da análise ANOVA.

Figura 22 – Resistência à compressão axial em função do teor de PET


Através da análise ANOVA (Tabela 14 e Figuras 22) observa-se que à medida

que o teor de PET é aumentado nas misturas, ocorre uma redução da resistência à

compressão axial dos concretos.

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

0 20 50

Resis

tência

à c

om

pre

ssão a

xia

l (M

Pa)

Teor de PET (%)

56

Figura 23 - Resistência à compressão axial em função da temperatura


A análise ANOVA indicou uma diminuição da resistência à compressão axial

com o aumento da temperatura de aquecimento dos concretos, sendo essa variação

mais expressiva a partir da temperatura de 400°C (Figura 23).

A Figura 23 mostra que até a temperatura de 400°C parece não haver grandes

variações na resistência à compressão axial dos concretos. Em função dessa

observação foi gerada uma nova análise de variância (ANOVA) considerando apenas

os resultados até 400°C. Os resultados dessa nova análise de variância (ANOVA) são


Tabela 15 - Análise ANOVA da resistência à compressão axial até 400°C


Intercessão 36857,93 1 36857,93 6962,574 0,000000

Teor PET 1694,16 2 847,08 160,016 0,000000

Temperatura 3,96 2 1,98 0,374 0,689765

Erro 259,39 49 5,29 Fonte: Elaboração própria.

Os dados da ANOVA (Tabela 15) indicaram que o aquecimento dos concretos

até a temperatura de 400°C não promoveram influência nos resultados de resistência

à compressão axial dos concretos. Esses resultados corroboram com os resultados

de Lima, R. (2005), que concluiu que medidas de proteção ativa ou passivas que

impeçam o concreto de ultrapassar a temperatura de 400°C, são alternativas técnicas

8

13

18

23

28

23 200 400 900

Resis

tência

à c

om

pre

ssão a

xia

l (M

Pa)

Temperatura (°C)

57

para que a estrutura de concreto não sofra danos consideráveis ao ser afetado por

um incêndio.

O teste de Duncan (Tabela 16), geralmente executado após a análise de

ANOVA, foi realizado a fim de identificar quais os pares de média que diferiam

estatisticamente entre si. A tabela original de Duncan contendo os valores de

significância está apresentada nos apêndices.

Tabela 16 - Teste de Duncan


Os resultados (Tabela 16) mostraram que para todos os traços investigados -

a variação da temperatura de 23°C 200°C não promoveu mudanças significativas

na resistência à compressão axial dos concretos. As pesquisas de Lima, R (2005),

Silva (2013) e Wendt (2006), também observaram essa mesma tendência de

comportamento.

Para o traço com 50% de PET, a variação da temperatura de 23°C 400°C e

de 200°C 400°C também não promoveram alterações significativas na resistência

à compressão axial dos concretos investigados .

Para os demais traços, a variação da temperatura influenciou de maneira

significativa na variável de resposta (Resistência à compressão dos concretos).

4.4 Absorção de água por imersão total

As Figuras 24, 25, 26 e 27 apresentam os resultados da absorção de água por

imersão total e índice de vazios dos traços estudados, sendo divididos por cada

temperatura de estudo.

{1} {2} {3} {4} {5} {6} {7} {8} {9} {10} {11} {12}

31,695 32,17 35,97 15,64 26,42 25,67 23,068 13,34 19,29 21,01 19,29 6,46

{1} 0 23 NS S S S S S S S S S S

{2} 0 200 NS S S S S S S S S S S

{3} 0 400 S S S S S S S S S S S

{4} 0 900 S S S S S S S S S S S

{5} 20 23 S S S S NS S S S S S S

{6} 20 200 S S S S NS S S S S S S

{7} 20 400 S S S S S S S S S S S

{8} 20 900 S S S S S S S S S S S

{9} 50 23 S S S S S S S S NS NS S

{10} 50 200 S S S S S S S S NS NS S

{11} 50 400 S S S S S S S S NS NS S

{12} 50 900 S S S S S S S S S S S

Teor PET Aquecimento

Legenda : NS - Não Significativo S - Significativo

58

Figura 24 - Absorção de água e índice de vazios a 23°C




4,12 5,26 5,84

9,55

11,7412,51

0

5

10

15

20

25

0

2

4

6

8

10

12

14

REF 20% 50%

Índic

e d

e v

azio

s (

%)

Absorç

ão d

e Á

gua (

%)

Traço Analisado

Absorção de água Indice de Vazios

4,265,47 5,89

9,84

12,16 12,62

0

5

10

15

20

25

0

2

4

6

8

10

12

14

REF 20% PET 50% PET

Índic

e d

e v

azio

s (

%)

Absorç

ão d

e Á

gua (

%)

Traço Analisado

Absorção de água Índice de vazios

59





Observa-se que em todas as temperaturas de controle (Figura 24 a 27) o teor

de PET influenciou no aumento na absorção de água e consequentemente no índice

de vazios em relação ao traço referência. Canellas (2005) atribui o aumento da

absorção de água às características hidrofóbicas do PET, que faz com que a água

absorvida pela matriz cimentícia exceda a quantidade necessária para a hidratação,

4,865,74

6,81

11,2812,77

14,57

0

5

10

15

20

25

0

2

4

6

8

10

12

14

REF 20% PET 50% PET

Índic

e d

e v

azio

s (

%)

Absorç

ão d

e Á

gua (

%)

Traço Analisado


9,0410,26

13,29

20,06

22,09

26,70

0

5

10

15

20

25

0

2

4

6

8

10

12

14

REF 20% PET 50% PET

Índic

e d

e v

azio

s (

%)

Absorç

ão d

e Á

gua (

%)

Traço Analisado


60

ocasionando um aumento de fissuras na zona de transição, que eleva a porosidade

do concreto.

A Figura 28 faz um comparativo entre a absorção de água nos traços estudados

e as temperaturas em que os concretos foram submetidos.

Figura 28 - Absorção de água por imersão a total média dos traços estudados


A Figura 28 mostra uma tendência de elevação da absorção de água com a

variação da temperatura de aquecimento dos concretos, sendo observado um pico de

crescimento mais expressivo entre 400°C a 900°C. Como relatado anteriormente, o

derretimento do PET e a degradação dos componentes na matriz cimentícia

contribuem de modo considerável para o aumento dos poros internos. Lima, R (2005)

relata que após os 450°C o diâmetro dos poros aumenta devido a essa degradação,

sendo esse fator o principal responsável pelo aumento da absorção de água a

temperaturas de 900°C.

A partir dos resultados de absorção de água por imersão total foi gerada uma

análise variância (ANOVA) – Tabela 17 - para verificar a significância das variáveis

independentes (Teor de PET e Temperatura) na variável de resposta (absorção de

água).

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

23 200 400 900

Absorç

ão d

e á

gua p

or

imers

ão tota

l (%

)

Temperatura (°C)

REF

20%

50%

61

Tabela 17 - Análise ANOVA da absorção de água por imersão total


Intercessão 1634,046 1 1634,046 21274,28 0,000000

Teor de PET 34,372 2 17,186 223,75 0,000000

Temperatura 207,158 3 69,053 899,03 0,000000

Teor de PET x Temperatura 9,055 6 1,509 19,65 0,000000

Erro 1,843 24 0,077


A análise realizada (Tabela 17) mostrou que as variáveis independentes são

significativas, assim como a interação entre elas (Teor de PET x Temperatura). Ou

seja, as variáveis independentes influenciaram nos resultados da absorção de água

por imersão total.

As Figuras 29 e 30 mostram os resultados da absorção de água por imersão

total em função das variáveis independentes, obtidos a partir da análise ANOVA

(Tabela 17).

Figura 29 - Absorção de água por imersão total em função do teor de PET


Observa-se (Figura 29) que a variação do teor de PET promoveu um aumento

significativo da absorção de água por imersão total nos concretos investigados.

4

5

6

7

8

9

10

11

0 20 50

Absorç

ão d

e á

gua p

or

imers

ão tota

l (%

)

Teor de PET (%)

62

Figura 30 - Absorção de água por imersão total em função da temperatura


A Figura 30 indica que a taxa de aquecimento aplicada nos concretos promoveu

um aumento significativo da absorção de água por imersão total nas misturas

estudadas. Percebe-se que houve uma mudança mais expressiva entre as

temperaturas de 400°C e 900°C e para determinar se realmente há significância entre

as temperaturas de 23°C e 400°C foi realizada uma nova análise de variância (Tabela

18), que indicou significância também para essas oscilações de temperatura.

Tabela 18 – Análise ANOVA de absorção de água por imersão total até 400°C


Intercessão 776,097 1 776,097 12392,78 0,000000

Teor de PET 14,377 2 7,189 114,79 0,000000

Temperatura 2,719 2 1,3595 20,26 0,000010

Erro 1,4766 22 0,0671


4.5 Análise visual das amostras

Após as amostras serem retiradas do forno, elas foram inspecionadas e

fotografadas a fim de indicar as discrepâncias entre os traços e temperaturas

estudadas. A Figura 31 apresenta a comparação das amostras dos três traços na

temperatura ambiente com a temperatura de 200°C.

4

5

6

7

8

9

10

11

23 200 400 900

Absorç

ão d

e á

gua p

or

imers

ão tota

l (%

)

Temperatura (°C)

63

Figura 31 - Traços estudados nas temperaturas de 23°C e 200°C


A Figura 31 mostra que não houve diferenças visuais nas amostras expostas

as temperatura de 200°C. Para essa temperatura não foi observada mudança de cor

nos concretos e nem foi visualizadas fissuras na superfície das amostras. Também foi

possível verificar que a areia de PET continuou intacta, como o previsto, uma vez que

o PET só começa a degradar acima da temperatura de 250°C.

A Figura 32 apresenta os traços estudados após serem expostos a temperatura

de 400°C.

64

Figura 32 - Traços estudados na temperatura de 400°C


Nota-se (Figura 32) que em comparação com as temperaturas anteriores

(200°C) houve um aumento dos poros superficiais, porém não foram observadas

microfissuras superficiais.

Nos traços com presença de PET foi possível perceber que na superfície ele

se degradou, e que algumas impurezas presentes na areia de PET, proveniente das

tampas de garrafas plásticas, que são compostas de polietileno, derreteram e

vazaram pelos poros (Figura 33).

Figura 33 – Impurezas presentes no concreto


65

Os corpos de prova foram quebrados ao meio (Figura 34), e foi possível

visualizar que o PET no interior do concreto não derreteu, pois apresentava seu

aspecto natural e cor transparente.

Figura 34 - PET no interior do concreto a 400°C


Os corpos de prova expostos a temperatura de 900°C são apresentados na

Figura 35.

Figura 35 - Traços estudados na temperatura de 900°C


66

A Figura 35 mostra que nos traços de referência e com 20% de PET ocorreu

lascamento do agregado. Esse fenômeno pode ser explicado devido à expansão do

agregado próxima a superfície. Todos os traços apresentaram microfissuras e

aumento da porosidade na face externa, sendo essas características intensificadas

com o aumento do teor de PET nos concretos.

O aumento da porosidade no traço com 50% de PET pode ser notado na Figura

36, onde fica visível que o PET superficial degradou completamente, ocasionando um

aumento de vazios. O aumento da porosidade superficial desses concretos também

pode ser observada no ensaio de absorção de água por imersão total, o qual os

resultados confirmaram o aumento da absorção com o aumento do teor de PET.

A Figura 37 apresenta o interior do corpo de prova com substituição de 50% de

PET, o qual mostrou que o PET no interior do concreto derreteu, perdendo seu formato

original, porém não degradou completamente.

Figura 36 - Vazios ocasionados pela degradação da areia de PET superficial


67

Figura 37 - PET no interior do concreto -Traço 50PET- submetido a uma temperatura de 900°C


Também é possível notar na Figura 37, que o interior do corpo de prova adquiriu

uma coloração escura em relação as bordas, esse aspecto já havia sido observado

por Lorenzon (2014).

68

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O presente trabalho avaliou a influência da substituição de areia natural por

areia de PET nas propriedades mecânicas e de durabilidade de concretos submetidos

a elevadas temperaturas.

Os resultados da caracterização da areia de PET, mostraram que o material

atende os limites normativos e a incorporação nos teores estudados (20% e 50%)

melhoram a curva granulométrica da areia natural. Observou-se que a massa

específica dos concretos com a incorporação da areia de PET diminuiu com o

aumento do teor na mistura, o que já era esperado, em função da menor densidade

do PET.

A avaliação da velocidade das ondas ultrassônicas mostrou que até a

temperatura de 400°C a compacidade dos concretos nos três teores estudados variou

entre “excelente e ótimo”. Até a temperatura de 400ºC e no tempo de exposição

considerados nessa pesquisa (30 minutos) não promoveram alterações expressivas

na compacidade dos concretos.

Em relação as propriedades mecânicas do concreto no estado endurecido,

verificou-se que a resistência à compressão axial dos concretos a temperatura

ambiente diminuiu com o aumento do teor de PET na mistura, a mistura com

substituição de 20% de PET, apesar de ter sua redução significante, manteve a

resistência à compressão axial acima do valor estipulado de 25 MPa, mínimo para ser

considerado estrutural. A substituição de 50% obteve uma resistência inferior,

corroborando com os resultados de Della Flora et al (2018), que verificaram que essa

substituição provocou perda de desempenho, inutilizando o seu uso.

Em relação a resistência à compressão axial dos concretos submetidos as

temperaturas de estudo, constatou-se que até a temperatura de 400°C não houve

redução significativa dessa propriedade. De acordo com Lima, R. (2005) é

recomendável a adoção de medidas de proteção passivas, aquelas incorporadas ao

sistema construtivo, e ativas, que combatem após o início do incêndio, garantam que

a temperatura dos elementos estruturais não ultrapassem os 400°C durante o TRRF,

determinado pela NBR 14432 (ABNT, 2000), mantendo a integridade da estrutura.

Quanto a absorção de água, os resultados mostraram que tanto o teor de PET

substituído quanto a temperatura, influenciaram o aumento da absorção de água e

consequentemente no índice de vazios dos concretos.

69

Os resultados obtidos, comprovam a potencialidade da substituição parcial da

areia natural no teor de 20% de areia de PET, para concretos estruturais expostos até

a temperatura de 400°C. No entanto, devem ser realizadas novas pesquisas a fim de

avaliar o dano real que o concreto com substituição de PET exposto a um incêndio

sofre, além disso, deve-se estudar o comportamento dessa mistura em outros

ambientes agressivos, para validação do uso desse material.

As Tabelas 19, 20 e 21 sintetiza os resultados obtidos ao longo da pesquisa.

Tabela 19 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação ao teor de PET

Propriedades Avaliadas Resultado

Velocidade de propagação de onda ultrassônica




Tabela 20 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação a temperatura de 23°C a 400°C






70

Tabela 21 - Síntese dos resultados obtidos na pesquisa em relação a temperatura de 400°C a 900°C






Legenda: Melhorou as propriedades analisadas no ensaio.

Piorou as propriedades analisadas no ensaio.

Manteve as propriedades analisadas no ensaio.

5.1 Sugestões para trabalhos futuros

Durante o desenvolvimento da pesquisa e após a obtenção dos resultados,

alguns aspectos referentes ao aquecimento do concreto foram observados e

mostraram-se relevantes para investigações futuras. Desta forma, como sugestões

para realização de trabalhos futuros propõe-se:

Avaliar as propriedades mecânicas e de durabilidade na temperatura

intermediária entre 400°C e 900°C, a fim de determinar a partir de que ponto o

concreto passa a sofrer queda brusca de suas propriedades.

Realizar estudos avaliando a influência da umidade interna dos concretos

submetidos a elevadas temperaturas e o dano o qual o excesso de água

provoca.

Avaliar microscopicamente – através de análise de microscopia eletrônica de

varredura (MEV) por elétrons secundários - algumas amostras de concretos

com e sem PET após exposição a elevadas temperaturas.

71

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76

APÊNDICES

APÊNDICE A – Massa específica no estado fresco

Amostra Traço Massa específica no estado fresco

(kg/m³)

1 REF 2436,24

2 REF 2428,03

1 20PET 2375,99

2 20PET 2354,10

1 50PET 2309,30

2 50PET 2294,78

APÊNDICE B – Massa específica seca

Amostra Traço Massa específica seca (g/cm³)

23°C 200°C 400°C 900°C

1 REF 2,33 2,34 2,33 2,22

2 REF 2,32 2,27 2,33 2,22

3 REF 2,31 2,32 2,31 2,22

1 20PET 2,24 2,17 2,24 2,15

2 20PET 2,22 2,21 2,23 2,13

3 20PET 2,24 2,18 2,21 2,18

1 50PET 2,14 2,13 2,13 2,03

2 50PET 2,13 2,14 2,14 1,99

3 50PET 2,16 2,15 2,15 2,01

77

APÊNDICE C – Ensaio de propagação de ondas ultrassônicas antes e depois da exposição a elevadas temperaturas

Amostra Traço

Velocidade de propagação das ondas ultrassônicas (m/s)

Antes Depois Antes Depois Antes Depois

23°C 200°C 23°C 400°C 23°C 900°C

1 REF 5263 5249 5390 5115 5361 1624

2 REF 5305 5235 5390 5154 5420 1836

3 REF 5154 5305 5420 5154 5405 1666

4 REF 5012 5194 5305 5089 5333 1615

5 REF 5102 5194 5277 5154 5420 1713

6 REF 5025 5128 5305 5076 5309 1684

1 20PET 4866 4494 5037 4773 5076 1603

2 20PET 4914 4494 5076 4819 5221 1754

3 20PET 4842 4484 4807 4535 5115 1619

4 20PET - - 5076 4683 5076 1511

5 20PET - - 4936 4524 5076 1480

6 20PET - - 5012 4705 5050 1424

1 50PET 4629 4494 4773 3861 4618 677

2 50PET 4672 4672 4950 4115 4739 662

3 50PET 4739 4683 4618 3944 4454 625

4 50PET 4555 4494 4716 3780 4640 674

5 50PET 4618 4415 4618 4115 4484 613

6 50PET 4514 4228 4705 3816 4504 673

78

APÊNDICE D – Resistência à compressão axial

Amostra Traço Fck (MPa) Desvio Padrão

23°C 200°C 400°C 900°C 23°C 200°C 400°C 900°C

1 REF 33,80 35,32 35,10 15,53

2,65 1,89 3,01 0,61

2 REF 30,41 30,91 34,10 14,75

3 REF 35,32 31,36 37,71 16,24

4 REF 28,90 33,57 31,60 15,94

5 REF 29,05 34,18 37,11 15,14

6 REF 32,69 30,96 40,18 16,24

1 20PET 25,70 25,85 24,35 11,69

1,00 1,58 2,25 1,21

2 20PET 27,90 24,00 21,95 14,93

3 20PET 26,23 27,15 19,05 14,45

4 20PET 27,10 - 23,48 13,58

5 20PET 26,49 - 25,14 12,57

6 20PET 25,10 - 24,44 12,85

1 50PET 20,14 21,22 17,15 6,88

0,99 0,84 1,23 0,59

2 50PET 20,19 21,68 18,98 7,17

3 50PET 18,38 20,84 18,9 6,38

4 50PET 18,9 20,85 20,39 5,69

5 50PET 20,15 21,95 19,99 6,77

6 50PET 18,01 19,55 20,32 5,88

APÊNDICE E – Teste de Duncan referente a resistência à compressão axial

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

31,70 32,72 35,97 15,64 26,42 25,67 23,07 13,35 19,30 21,02 19,29 6,46

1 0 23 0,29119 0,00011 0,00002 0,00011 0,00006 0,00005 0,00002 0,00003 0,00003 0,00002 0,00017

2 0 200 0,29119 0,00137 0,00002 0,00006 0,00005 0,00003 0,00002 0,00002 0,00003 0,00002 0,00002

3 0 400 0,00011 0,00137 0,00002 0,00005 0,00003 0,00003 0,00002 0,00002 0,00002 0,00002 0,00001

4 0 900 0,00002 0,00002 0,00002 0,00002 0,00003 0,00003 0,01999 0,00053 0,00005 0,00044 0,00006

5 20 23 0,00011 0,00006 0,00005 0,00002 0,43547 0,00133 0,00002 0,00003 0,00005 0,00003 0,00002

6 20 200 0,00006 0,00005 0,00003 0,00003 0,43547 0,00891 0,00002 0,00005 0,00007 0,00003 0,00002

7 20 400 0,00005 0,00003 0,00003 0,00003 0,00133 0,00891 0,00003 0,00037 0,03647 0,00044 0,00011

8 20 900 0,00002 0,00002 0,00002 0,01999 0,00002 0,00002 0,00003 0,00005 0,00003 0,00006 0,00011

9 50 23 0,00003 0,00002 0,00002 0,00053 0,00003 0,00005 0,00037 0,00005 0,07809 0,99458 0,00003

10 50 200 0,00003 0,00003 0,00002 0,00005 0,00005 0,00007 0,03647 0,00003 0,07809 0,09355 0,00003

11 50 400 0,00002 0,00002 0,00002 0,00044 0,00003 0,00003 0,00044 0,00006 0,99458 0,09355 0,00005

12 50 900 0,00017 0,00002 0,00001 0,00006 0,00002 0,00002 0,00002 0,00011 0,00003 0,00003 0,00005

Teor PET Temperatura

79

APÊNDICE F – Absorção de água por imersão total

Amostra Traço Absorção de água (%) Desvio Padrão

23°C 200°C 400°C 900°C 23°C 200°C 400°C 900°C

1 REF 3,97 4,06 4,78 8,82

0,13 0,20 0,21 0,20 2 REF 4,21 4,47 4,69 9,20

3 REF 4,18 4,25 5,10 9,11

1 20PET 5,34 5,43 5,54 10,10

0,09 0,16 0,28 0,19 2 20PET 5,29 5,65 5,62 10,47

3 20PET 5,16 5,34 6,06 10,21

1 50PET 5,60 6,19 7,10 12,88

0,44 0,25 0,30 0,53 2 50PET 6,34 5,78 6,84 13,89

3 50PET 5,57 5,72 6,50 13,11

APÊNDICE G – Índice de vazios

Amostra Traço Índice de Vazios (%) Desvio Padrão

23°C 200°C 400°C 900°C 23°C 200°C 400°C 900°C

1 REF 9,25 9,50 11,14 19,55

0,27 0,32 0,42 0,45 2 REF 9,76 10,15 10,95 20,37

3 REF 9,64 9,86 11,75 20,25

1 20PET 11,97 12,10 12,40 21,68

0,22 0,40 0,53 0,35 2 20PET 11,73 12,59 12,52 22,30

3 20PET 11,53 11,80 13,38 22,29

1 50PET 12,02 13,19 15,11 26,09

0,86 0,49 0,56 0,85 2 50PET 13,50 12,36 14,62 27,68

3 50PET 12,02 12,31 14,00 26,33

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